嵌入式控制系统故障诊断专家系统的研究与应用

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自从Willsky在1976年发表第一篇故障诊断方面的综述文章后,故障诊断技术便蓬勃发展起来。随着嵌入式技术的不断成熟与发展,嵌入式控制系统已经越来越广泛地应用于工业生产的各个环节当中,对工业生产现场的监控与故障诊断已经成为其中的一个重要应用领域。   目前嵌入式控制系统的故障诊断主要存在两个问题:(1)由于故障诊断系统构成复杂,而且开发这样的诊断系统要求很高,需要对被诊断系统有深入理解,并保证系统运行的稳定性。因此诊断系统的开发一般存在开发周期较长,成本较高的问题。(2)大多数故障诊断系统只是针对单一的机电设备,当要诊断其他机电设备或同一设备的不同型号时,就需要重新开发诊断系统,这就造成了人力和财力上的极大浪费。   本文充分考虑到嵌入式控制系统及其故障诊断本身的特点,力求在通用性及特定诊断的专用性上平衡,以提高诊断的正确率、实时性及稳定性为目的,设计以下开发策略。   (1)提出基于专家系统的诊断方法,并将嵌入式控制系统抽象成数字量、计数量、模拟量、时序量、多维量及时间段量。这样便可使嵌入式控制系统按照统一的方式来处理,提取出嵌入式控制系统的共性,使得诊断系统具有通用性的特点。   (2)采用多种知识表示方法。如基于规则的知识表示、曲线拟合和神经网络的知识表示等。同时引入模糊技术,更能准确表达专家的经验知识,使得诊断效果更符合实际情况。   (3)采用代码自动生成技术开发诊断系统。本文对嵌入式控制系统进行抽象,使得诊断系统大部分代码都相同,只有涉及被诊断系统本身相关代码有所变化。于是诊断系统的大部分代码只需一次编辑,与特定诊断系统本身相关的代码则可按一定策略自动生成。这种方式大大提高了故障诊断系统的稳定性及开发进度。   (4)诊断系统按线程方式运行。本文提出的方法创造性地将诊断系统作为一低级线程与被诊断系统的控制程序一起运行。诊断线程的优先级低于控制线程,这样保证了不影响控制线程的实时控制,也使得诊断系统具有实时的功能。而传统诊断方法将被诊断系统的特征数据传送到诊断系统中,这样将在通信中浪费大量时间,从而影响了诊断的实时性。   在文章最后,以交通灯控制系统为例进行了仿真故障诊断试验。试验结果表明,此诊断方式具有较好的诊断效果,在一定方面解决了以上提出的问题。
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